内外激励作用下海底输水管道悬跨段耦合振动特性研究

来源 :福州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:czq8068
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
在内水和洋流耦合激励下,海底输水管道会产生剧烈的振动,导致管道整体结构稳定性下降,甚至发生管线爆裂现象。因此探究内外流耦合作用下海底输水管道涡激振动响应特性,对保证海洋供水工程平稳高效运行具有举足轻重的意义。基于内外激励下海底输水管道横向涡激振动微分方程,采用广义有限差分法(GFDM)和侯博特法(Houbolt method)分别离散方程中的时空项,探究内(定常流或振荡衰减流)外流共同激励下海底输水管道的涡激振动复杂响应现象及管内外流体间竞争机制。论文的主要研究内容及相关成果如下:(1)定常内流与洋流耦合激励下保守型管道振动特性:基于定常内流激励下简支海底输水管道横向振动微分方程,求解保守型管道涡激振动问题。通过与相关案例进行对比,说明所采用的数值模型具有准确性和适用性。分析管内流体无流速(u=0)、亚临界流速(u=3.1)以及超临界流速(u=4.7)下管道振动特性,可知对于给定的管内外流速,管道呈现不同阶振动模态;模态锁定区间整体左移,第一、三、五阶模态激励区间收窄,第二、四阶激励区间扩大且位移幅值存在一个数量级的差异;相应区间内,管道振动模态与相邻阶模态出现耦合颤振现象。(2)定常内流与洋流耦合激励下非保守型管道振动特性:基于定常内流激励下悬臂海底输水管道横向振动微分方程,求解非保守型管道涡激振动问题。分析管内无流速(u=0)、亚临界流速(u=7.7)以及超临界流速(u=9.3)下管道振动特性。可知随着管外流速不断增大,高阶模态被逐次激发并出现锁振现象;随着u的增加,各阶模态临界流速减小,激励区间左移;不同内外流速条件下,管道运动轨迹将呈现周期与非周期性特征,沿管长方向各点位的三维相位图与振动包络图变化趋势相似,表现出不同阶主导模态相位特性。(3)振荡衰减内流与洋流耦合激励下非保守型管道振动特性:基于流体连续性和动量方程,推导内(振荡衰减流)外流耦合激励下海底输水管道涡激振动方程。选取不同激励频率ω,分析当ω接近管道固有频率时对其振动响应的影响;在不同ω条件下,通过改变振荡衰减速度式中若干特征参数,探求管道各时刻振动位形和相位变化;选取两组外流速(v=0.3,v=1),分析振荡衰减内流激励对保守与非保守型管道涡激振动特性的影响,探究内外流存在的不同程度竞争机制,可知管道两端约束限制越高,管道动态特性越稳定;与恒定内流激励相比,振荡衰减内流的流速特性使海底输水管道涡激振动响应发生较大变化。
其他文献
波折形上翼缘组合梁桥是将钢主梁上翼缘通过冷弯轧制成波折形状的钢主梁与混凝土板组合而成的新型结构。相较传统钢板组合梁桥,波折形上翼缘组合梁桥能够提高在施工阶段的承载能力,改善预制桥面板群钉受力、提高结构的耐久性等优点。当高强、耐久性能好的UHPC桥面板与波折形上翼缘钢板梁相结合能够进一步改善传统组合梁桥面板易开裂、耐久性差等问题,减少全寿命成本,提高组合结构桥梁使用寿命。目前该结构尚缺乏相应的设计准
学位
隔震结构考虑土-结构动力相互作用(SSI效应)后,其动力特性会发生改变。地基条件对结构的减震性能具有较大影响,且现阶段地基土主要考虑均匀土层,而软弱夹层地基是一种常见的地基情况,对其研究较少。目前考虑SSI效应的隔震结构研究以基础隔震形式为主,少有针对层间隔震体系展开。因此,开展软夹层地基上考虑SSI效应的层间隔震结构的动力响应和减震性能研究,进行了多模型多参数的数值模拟和振动台试验分析,主要研究
学位
桥梁结构在地震作用下发生损伤或破坏维修难度大、成本高,因其引起的交通、生产中断等导致的间接损失则更为严重。为保证桥梁结构在地震作用下达到指定的性能目标,减少震害损失,许多地震工程领域学者对基于性能的地震工程理论展开了广泛的研究。墩柱通常是桥梁结构中最易发生损伤的构件,而墩柱过大的水平变形则会导致墩柱构件损伤的发展并最终发生倒塌,因此有必要对墩柱抗震变形能力进行研究,以更好地推进基于性能的抗震设计在
学位
不锈钢以其良好的力学性能、美观的表面装饰性、优异的耐腐蚀性,越来越受到基础设施工程领域结构用钢的青睐。但其相对高昂的价格却制约了其广泛工程应用。通过氮合金化技术,新型QN1803奥氏体不锈钢较传统不锈钢在保证耐腐蚀性前提下不仅提升了屈服强度,还降低了其合金成本,更适合工程结构领域用钢。若该类新型不锈钢与废渣混凝土共同应用于钢管混凝土结构,不但可提升组合工作性能,还能进一步降低其组合使用成本。目前研
学位
深海立管在服役过程,受到海洋环境浪流的作用,与海床土发生动力相互作用,触地区动力响应显著,易发生疲劳损伤甚至局部失效破坏,威胁立管使用安全与稳定。本文以深海悬链线立管为研究对象,建立立管力学计算分析模型,充分考虑竖向和侧向管土耦合作用,基于向量式有限元编制求解程序,进行立管静动力响应分析,探究波浪、海流及土壤特性参数对立管动力性能的影响。同时,建立立管触地区管土作用试验模型,开展不同顶端平台激励作
学位
海啸发生时,对海岸工程破坏巨大,对人民生命财产安全造成严重的威胁。我国的东南沿海、南海以及台湾省东部属于海啸风险区域,且“21世纪海上丝绸之路”沿线国家的建港亦需考虑海啸侵袭的可能性。本文基于物理模型试验,通过实验室生成的溃坝波来模拟海啸波,并分别探究干湿床面条件下海啸波的特性,进而揭示海啸波冲击码头结构的作用机制,旨在为海岸工程的防灾减灾提供一定的帮助。在干湿床面海啸波特性的试验中,采用DWGS
学位
桥墩绕流冲刷是水流、泥沙和桥墩三者相互作用的结果,是桥梁发生水毁事件的重要原因。由于桥墩绕流冲刷是典型的多相流动问题,导致桥墩周围水沙运动关系十分复杂。加之量测手段有限,数值精准模拟难度大,影响流场性质分析与冲刷地形变化规律研究。本文开展不同倾角与不同水流条件下的桥墩绕流冲刷模型试验与数值模拟研究,分析流场性质与地形规律,以及流场地形间的耦合关系,对桥墩绕流水沙关系研究与工程实践均有重大意义。本文
学位
加强水库大坝的建设是水资源合理配置、防洪抗灾、水环境保护等的必然选择,而我国位于几大板块夹持之中、是一个多地震国家的基本国情更是让大坝抗震成为加强大坝建设中的重中之重。在强震作用下,大坝的抗震关系到广大群众的生命财产安全,因此对重力坝抗震设计计算方法的研究具有重大现实意义。本文结合白濑碾压混凝土重力坝工程实例,应用有限元振型分解反应谱法和时程分析法探讨在7度地震下典型坝段的动力响应及其分布规律,并
学位
随着经济发展和居民生活质量提高,区域水资源供需矛盾不断加剧。在变化环境影响下,分析水资源系统演变规律和预测未来需水变化是必要的。因此,论文以黄河流域为研究对象,对流域及流域内主要省区用水结构的演变特征进行分析,进而研究物理机制在需水过程中的作用,探究影响流域各行业需水的主要驱动因素,构建具有一定物理意义的各行业需水模型。在此基础上,建立考虑物理机制的需水预测系统动力学模型,对黄河流域未来各行业需水
学位
泥沙淤积向来都是影响水库平稳运行的关键因素。在水库建成后,库区内水深增大、水面坡度减缓、流速减小、水流输沙能力减弱,导致大量泥沙在库内落淤。而当较多泥沙在库区内沉积后,将会降低水库的有效库容,影响水库的正常运行,抑制水库综合效益的发挥。本文以福建省的华安水库为例进行研究,是因该水库缺少建坝初期的地形资料和部分水文数据,所以需要考虑推算其原始河道地形并补全其缺失的水文数据,具有较大的研究价值。先基于
学位